Введение к работе
Актуальность темы» Сложная экономическая и экологическая ситуация, сложившаяся за последние годы в России, привела производителей текстильных материалов к необходимости использования в процессе создания своей продукции наиболее дешевых и наименее экологически опасных веществ. Именно поэтому в настоящее время на отечественных текстильных предприятиях из всех полимеров, применяемых для шлихтования хлопчатобумажной пряжи, наибольшая доля приходится на нативный крахмал. Последний, в сравнении с синтетическими полимерами для шлихтования, характеризуется невысокой стоимостью, хорошей биоразрушаемостью и, следовательно, меньшей экологической опасностью.
В тоже время, для получения требуемых характеристик ошлихтованных основ композиция на основе крахмала должна содержать достаточно большое количество основного клеящего вещества. Значительные расходы крахмала на нужды шлихтования приводят, во-первых, к потере для пищевой промышленности части ценного продукта, что крайне нежелательно с учетом падения урожайности крахмалсодержащих сельскохозяйственных культур вследствие усугубляющегося истощения почв, во-вторых, к возникновению в природных водах патогенной микрофлоры как результата биоразложения полисахарида.
В этой связи очевидна актуальность создания новых шлихтующих композиций на основе крахмала, отличающихся пониженным содержанием полисахарида и одновременно обеспечивающих высокую эффективность в шлихтовании.
Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИХР РАН на 1998-2004г.г.
Цель работы состояла в теоретическом обосновании применения торфяных гуминовых кислот в составе крахмальных шлихтующих композиций для повышения эффективности шлихтования хлопчатобумажной пряжи, а также в разработке на этой основе нового экономичного шлихтующего состава.
Для успешного решения этой задачи в ходе работы были выполнены следующие этапы:
охарактеризовано влияние гуминовых кислот на технологические параметры крахмальной шлихты и ошлихтованной ею хлопчатобумажной пряжи и на этой базе разработан новый высокоэффективный шлихтующий состав;
оценена способность крахмально-гуминовой шлихты удаляться с ткани в процессе ее подготовки к крашению и печати;
проанализировано действие гуминовых кислот на химические превращения в крахмале в процессе приготовления шлихты
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА Ctlert] О» МО
! пша+шмтт* >
изучено влияние гуминовых кислот на кинетику процессов окисления и щелочного гидролиза полисахарида, лежащих в основе его химической модификации;
рассмотрено влияние гуминовых кислот на надмолекулярную структуру крахмальных гелей;
изучено влияние гуминовых кислот на адгезионную способность крахмальных шлихтующих композиций к целлюлозному материалу и на качество формирующихся при этом полимерных пленок.
Общая характеристика объектов и методов исследования. Основными объектами исследования служили кукурузный крахмал и гуминовые кислоты, полученные в опытно-промышленных условиях из торфа специально подобранного вида по отработанному режиму.
При выполнении работы использовались современные методы анализа -вискозиметрический, спектрофотометрический, микроскопический, а также аналитические методики.
Научная новизна. Впервые установлена и теоретически обоснована возможность повышения эффективности шлихтования хлопчатобумажной пряжи за счет введения в состав крахмальных шлихтующих композиций нового для текстильно-химических технологий класса веществ - торфяных гуминовых кислот.
Наиболее существенные результаты, полученные в работе:
Изучено влияние содержания гуминовых кислот в крахмальных клейстери-зованных шлихтующих составах на их относительную вязкость и основные показатели ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи. На концентрационных зависимостях установлено наличие глубокого минимума вязкости, соответствующего 0.08-1.2 масс.% добавки. Именно эти составы при использовании в шлихтовании позволяют получить хлопчатобумажную пряжу, которая превосходит ошлихтованную традиционными составами по всему комплексу целевых показателей;
Разработан состав для шлихтования хлопчатобумажной пряжи, отличающийся высокой эффективностью и пониженным содержанием крахмала в сравнении с известными крахмальными шлихтующими композициями;
Доказана интенсификация гуминовыми кислотами химических реакций
окисления крахмала и его гидролитического расщепления, лежащих в основе получения готовой шлихты. В присутствии гуминовых кислот повышаются константы скорости указанных процессов, увеличивается содержание окисленных группировок в крахмале, снижается его степень полимеризации. Каталитическая активность гуминовых кислот связана с наличием в их молекулах функциональных группировок, способных к обратимому окислению-восстановлению;
- Реологическим методом выявлено разрушение надмолекулярной структуры
крахмальных гелей при введении в них добавок небольших количеств гу-
миновых кислот, что увеличивает устойчивость крахмальных шлихтующих композиций к расслоению и повышает срок их технологической пригодности;
- Вскрыты факторы, играющие решающую роль в обеспечении высокого ка
чества пряжи при использовании в шлихтовании разработанного крахмаль-
но-гуминового состава. Ими являются увеличение адгезии крахмальной
шлихты к нити при введении в нее гуминовых кислот, а также улучшенные
деформационные свойства и повышенная гладкость крахмально-гуминовой
пленки по сравнению с крахмальной.
Практическая значимость. Разработана новая шлихтующая композиция на основе крахмала, включающая добавку гуминовых кислот, выделенных из торфа, и обеспечивающая получение ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи с улучшенными свойствами.
Предложенный состав испытан в условиях ткацкого производства АО «КОХМА-ТЕКСТИЛЬ» (г. Кохма, Ивановская область) и Лежневской ПТФ (п. Лежнево, Ивановская область). Введение в гуминовых кислот в крахмальную шлихтующую композицию позволяет:
на 40-50 % уменьшить расход крахмала, являющегося ценным пищевым продуктом, не снижая при этом качества ошлихтованных основ и не ухудшая их способности к переработке в ткачестве;
исключить из шлихтующего состава синтетические трудно биологически расщепляемые вещества, используемые в качестве смачивателей;
повысить сопротивляемость готовой шлихты расслаиванию и продлить срок ее технологической пригодности до нескольких суток, что позволяет исключить сброс остатков неиспользованной шлихты в стоки предприятия.
Автор защищает:
установленные закономерности изменения технологических показателей шлихты и ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи под действием гуминовых кислот;
разработанный состав крахмальных шлихтующих композиций;
обнаруженное повышение содержания карбоксильных групп в макромолекулах полисахарида и снижение степени его полимеризации как результат введения гуминовых кислот в крахмальный шлихтующий состав;
экспериментально доказанное ускорение реакций окисления и гидролитического расщепления крахмала в присутствии гуминовых кислот в клейсте-ризуемой композиции;
выявленное повышение устойчивости крахмально-гуминовой шлихты во времени как следствие ослабления под влиянием гуминовых кислот надмолекулярной структуры крахмала;
определенное на основании опытных данных повышение адгезионной способности крахмальной шлихты при включении в ее состав гуминовых кислот.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:
II Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы химии и химической технологии» (Химия-99), г. Иваново, 1999;
Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2000), г. Иваново, 2000;
Межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Дни науки-2000», г. Санкт-Петербург, 2000;
Международной научно-технической конференции «Лен-2000», г. Кострома, 2000;
Международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии - в производство» (Текстильная химия 2000), г. Иваново, 2000;
VIII Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексо-образования в растворах», г. Иваново, 2001
VI Международном научно-практическом семинаре «Физика волокнистых материалов», г. Иваново, 2003.
VII Международном научно-практическом семинаре «Физика волокнистых материалов», г. Иваново, 2004.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, 2 доклада и 7 тезисов докладов.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит аннотацию, введение, литературный обзор, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы, список использованной литературы (116 источников) и приложение. Основная часть работы изложена на странице машинописного текста, содержит рисунка и таблиц.
